Viiraosan vedenpoisto

Laimea massasulppu syötetään perälaatikolta viiraosalle, jossa poistetaan suurin osa sen sisältämästä vedestä. Tämän seurauksena muodostuu märkä raina. Vesi voi poistua sekä suotautumalla että sakeutumalla, kuten kuvassa 19 on esitetty.

63

Kuva 19. Vedenpoisto suotautumalla ja sakeutumalla /30, s.218/.

Kun massasulppu suotautetaan tasoviiraosalla, suuntautuu vedenpoisto yksistään alaspäin. Tällöin kuidut asettuvat tiiviisti päällekkäin muodostaen kerrostuneen kuitumaton, jonka yläpuolelle jää edelleen perälaatikkosakeudessa oleva sulppukerros. Kun kaikki vapaa kuitusulppu on suotautunut, poistuu jäljelle jäänyt vesi kuitumaton saostuessa. Tämä tarkoittaa kuituverkon voimistuvaa tiivistymistä ja siten myös vedenpoistovastuksen lisääntymistä. Myös kuituflokkien sisältämä vesi poistuu kuitumaton tiivistyessä. Kun rainan kuiva-ainepitoisuus on noussut riittävästi, voidaan sen läpi imeä ilmaa. Tällöin vesifilmi poistuu rainan pinnalta ja muodostuu vesiraja. /3, s.137, 30, s.219/

Kuitukerroksen paksuuden lisäksi suotautumisvastus riippuu muodostettavan kerroksen hienojakoisuudesta, johon taas vaikuttaa massojen jauhautuneisuus. Jos jauhatusta lisätään, hidastuu suotauminen. Myös hienoaineen jakautumisella on oma vaikutuksensa vedenpoistoon niin, että vesi poistuu helpommin alhaisemman hienoainepitoisuuden suuntaan /30, s.224/. Lisäksi erilaisilla lisäaineilla saattaa olla vedenpoistoa heikentävä vaikutus, kuten tässäkin työssä on aikaisemmin esitetty. /3, s.137/

Muodostettavan kerroksen hienoainejakauma riippuu oleellisesti vedenpoiston suunnasta eli siitä, poistetaanko vettä yhteen vai kahteen suuntaan. Tämän lisäksi hienoainepitoisuus kasvaa kohti sitä pintaa, jonka kautta vettä poistuu jatkuvasti ja pienenee kohti sitä pintaa, jonka kautta vesi poistuu jaksottaisesti. Varsinkin voimakkaasti jaksottaisessa vedenpoistossa hienoainepartikkeleilla on taipumus huuhtoutua veden mukana vedenpoistopuolelta. /3, s.137/

64

Tasoviiraosalla vettä poistetaan vain alaspäin ja vedenpoisto on aina jaksottaista.

Tästä johtuen tasoviirarainanmuodostuksessa hienoaineen määrä lisääntyy kohti kuitukerroksen yläpintaa. Jos viiraosan alkuvedenpoisto on kuitenkin liian rajua, huonontuu retentio ja siten menetetään myös hienoainetta. Myös hybridiformerilla yläpuolista viirayksikköä edeltää tasoviiraosa, mutta hienoainejakauma on aivan toisenlainen kuin tasoviirarainaimella. Tämä johtuu siitä, että formerin alueella vettä poistetaan sekä ylös- että alaspäin. Tällöin myös hienoaines jakautuu tasaisemmin, mutta huuhtoutuu pinnoilta kuten tasoviiravedenpoiston yhteydessä.

/3, s.137/

Viiralle annosteltavan perälaatikkomassan sakeus on tavallisesti 0,2-1,5 % ja siirryttäessä viiraosalta puristinosalle on radan kuiva-ainepitoisuus 15-20 %.

Tasoviirarainaimilla rainan kuiva-ainepitoisuus on tasoimulaatikoille saavuttaessa kahden prosentin luokkaa, jota ennen vettä poistetaan rintapöydän sekä foili- ja märkäimulaatikoiden avulla. Tasoimulaatikoiden jälkeen radan sakeus on jo noin 10 % ja viimeisen työn tekee viiraosan päättävä imutela tai kartonkikoneilla kerroksien liitoskohdassa sijaitseva huopautustela. /3, s.137-139/

Hybridiformerilla vedenpoisto jakautuu tyypillisesti niin, että yläviiran vedenpoisto on 30 % ja alaviiran 70 % viiraosan kokonaisvedenpoistosta.

Formerille saapuvan rainan kuiva-ainepitoisuuden täytyy olla riittävän korkea, jottei sen rakenne rikkoutuisi kaksoisviiranipissä. Toisaalta hyvän formaation saavuttaminen saattaa vaikeutua, jos sakeutta nostetaan liiaksi. Tavallisesti sopiva formerin sisääntulosakeus on 2-3 % ja tästä johtuen se sijoitetaankin viiraosalle tasoimulaatikoiden etupuolelle. Formerin jälkeinen sakeus on luokkaa 8 %. /3, s.139/

8.2.1 Tasoviiraosan vedenpoistoelementit

Tasoviiraosalla kuitusulpusta poistetaan vettä ensimmäisen kerran rintatelaa seuraavan rintapöydän ja sen kärkilistan avulla. Tässä kohtaa tapahtuva suihkun asettuminen viiralle ja alkuvedenpoisto ovat tärkeitä sekä vedenpoistokapasiteetin että lopputuotteen laadun kannalta. Suihkun pitäisi iskeytyä viiraan rintapöydän etupuolella. Jos suihku iskeytyy viiraan paljon ennen tätä, tapahtuu vedenpoisto

65

liian nopeasti ja formaatio huonontuu, kun taas ilma jää loukkuun häiriten rainanmuodostusta, jos huulisuihku iskeytyy viiraan muodostuspöydän päällä. /30, s.224/

Koneen suunnassa rintapöytää voivat seurata vedenpoistokalustuksesta riippuen erilaiset märkäimulaatikot ja foili- eli päästölistalaatikot. Foililaatikot voivat olla imuttomia tai imullisia, jolloin puhutaan tyhjöfoililaatikoista. Tämän lisäksi foileja voidaan käyttää yhtä hyvin myös erillisinä vedenpoistoeliminä, sen sijaan että ne olisivat kiinnitettyinä ryhmittäin omiin laatikoihinsa. /3, s.138/

Foililla eli päästölistalla tarkoitetaan viiran alle sovitettua paikallaan pysyvää kaavinta, joka muodostaa viiran kanssa pienen päästökulman (0-3°). Juuri tämä kulma aiheuttaa veden poistamiseksi tarvittavan imupaineen. Kun päästökulma on tarpeeksi pieni, saavutetaan korkeillakin viiranopeuksilla riittävä imupaine.

Kuvassa 20 on esitetty foililistan vedenpoiston yhteydessä muodostuvan viiran tukivoiman syntyminen ja foilin synnyttämän painepulssin muoto. /30, s.225/

Kuva 20. Foilin vedenpoisto ja rataan kohdistama painepulssi viiranopeudella 660 m/min (F = tukivoima, h = vesikerroksen paksuus, u = viiran nopeus, β = foililistan etuseinän kaltevuuskulma) /30, s.224-225/.

Suurin osa foilin alaspäin imemästä vedestä tarrautuu viiran alapuolelle ja kaavautuu pois vasta seuraavan foililistan toimesta. Tällöin viiran mukana kulkeutuva vesikerros törmää päästölistan etuseinään, pyrkien nostamaan listaa tiukemmin viiraa vasten. Näin syntyvän tukivoiman aiheuttaman painepulssin minimoimiseksi, pitäisi listan etuseinämän kaltevuuskulman olla mahdollisimman pieni. /30, s.225/

66

Useamman foilin asentamisella yhteiseen imulaatikkoon on vedenpoistoa lisäävä vaikutus, koska vettä poistuu tällöin myös listojen välillä. Foilikulman kasvu koneen suunnassa antaa parhaan vedenpoistokapasiteetin ja rainan formaation yhdistelmän. Vedenpoistoon voidaan vaikuttaa myös foililaatikoiden imutasoja muuttamalla. Mitä korkeampi tyhjö on, sitä suurempi on alaspäin suuntautuva imu ja siten sitä suurempi on aktiivisuusaste viiralla. /30, s.225-226/

Vesirajan jälkeen radan sakeutta lisätään korkeaimulaatikoin. Tällöin poistuvan veden kiintoainepitoisuudet ovat huomattavasti alhaisempia kuin vedenpoiston tapahtuessa ennen vesirajaa. Tästä johtuen tasoimulaatikoilla ei kannata käyttää voimakkaita imuja ennen vesirajaa. Lopullinen vedenpoisto tapahtuu imutelalla, joka muodostuu rei’itetystä teräsvaipasta ja sen sisään sijoitetusta paikallaan pysyvästä imulaatikosta. Tyhjötasot vaihtelevat imulaatikoilla 15-40 kPa ja imutelalla 40-80 kPa. /30, s.226, 33/

8.2.2 Formeri

Yksipuoliselle vedenpoistolle tyypillistä arkin toispuolisuutta voidaan vähentää lisäämällä tasoviiran päälle yläviirayksikkö, jolloin muodostuu ns. hybridiformeri.

Tällaisella viiraosan rakenteella saavutetaan myös tasaisempi hienoainejakauma kuin perinteisellä tasoviiralla.

Rainan saapuessa tasoviiraosalta formerin kitaan, alkaa siitä poistua vettä myös ylöspäin. Vedenpoistoon voidaan vaikuttaa kitatelan asemaa muuttamalla, jolloin siirtyy myös ylä- ja alaviiran kosketuskohta imukengän päällä. Tämän mukaan määräytyy imukengällä tapahtuvan vedenpoiston voimakkuus, mutta telan asema määrää myös vedenpoiston jakautumisen muodostuskengän 1. ja 2. imukammion välillä. Kun telaa nostetaan, painottuu kammioiden vedenpoisto jälkimmäisellä kammiolle ja laskettaessa päinvastoin. Kitatelan aseman vaikutus vedenpoistoon pienenee kuitenkin neliömassan kasvaessa. Kitatelan asemoinnilla säädetäänkin ensisijaisesti yläviirayksikön muodostuskengälle johdettavan rainan paksuus, joka taas määrää muodostuskengän kärkilistan (autoslice) optimiaseman. Formerille saapuvan radan paksuuteen voidaan vaikuttaa sitä edeltävillä tasoviiraosan vedenpoistoelementeillä. /33/

67

Autoslice muodostuu formerin muodostuskengän ensimmäisestä imukammiosta ja sitä edeltävästä kärkilistasta, joka vuolee veden radan pinnasta kammioon.

Kaavauslistan vettä poistava vaikutus on sitä voimakkaampi, mitä lähemmäksi rataa se on asetettu. Jos lista kuitenkin asetetaan liian lähelle rataa, voi osa vedestä jäädä pyörimään sen etupuolelle heikentäen formaatiota. Lisäksi voimakkaan kaavauksen seurauksena raina tiivistyy liian nopeasti, jolloin formerin vedenpoistosta tulee huomattavasti vaikeampaa. Jos taas kitatela on liian alhaalla, on radan suotautuminen imukengällä liian rajua ja flokkien rikkominen vaikeutuu.

Formerin vedenpoistoon voidaan vaikuttaa myös alaviiran puolella olevien listojen kuormituksia vaihtelemalla, jolloin muuttuu yläviiran puolelle liike-energian ja imulaatikoiden alipaineen vaikutuksesta poistuvan veden määrä.

Formerin imusuhteilla on todettu olevan suhteellisen pieni merkitys formaation suhteen. Alaviiran puolelle vesi poistuu listojen synnyttämän alipaineen ja osittain maan vetovoiman avulla. Jos formerin ala- tai yläpuolinen vedenpoisto on liian voimakasta, huuhtoutuu hienoaines herkästi rainasta ja liitoslujuus heikkenee.

8.2.3 Hienoaineretentio

Hienoaineen pidättäytymiseen kuitukerroksessa voidaan aktiivisesti vaikuttaa lähinnä vedenpoistotapaa tai retentioaineiden annostelua muuttamalla. Varsinkin raju alkuvedenpoisto huonontaa retentiota, koska retentoitumista edistävä suotautunut kuitumatto ei ole ehtinyt vielä muodostua. Myös hybridiformereilla käytettävien kuormituslistojen pulseeraavalla vedenpoistolla on retentiota huonontava vaikutus. Mitä suurempia listojen kuormitukset ovat, sitä suurempia ovat myös niiden synnyttämät painepulssit ja tämän seurauksena huuhtoutuu hienoainetta poistuvan veden mukana yhä lisääntyvissä määrin. /33/

8.2.4 Hienoaineen paksuussuuntainen jakautuminen

Kuituverkon pintojen korkea hienoainepitoisuus parantaa sileyttä, painettavuutta ja taivutusjäykkyyttä. Tästä seuraa hyvä painojäljen laatu, alhainen pölyävyys ja korkea vastus veden karhentavaa vaikutusta vastaan. Rainanmuodostuksella on suurin vaikutus hienoainejakaumaan, koska hienoaine kulkeutuu poistuvan veden

68

mukana. Hienoainejakauman muoto riippuu myös massakoostumuksesta. Vaikka korkea hienoainepitoisuus on eduksi pinnoilla, voi liian alhainen keskikerrosten pitoisuus aiheuttaa palstautumisongelmia. Näin saattaa käydä poistettaessa vettä molempiin suuntiin, jolloin myös keskikohdan kuituverkon huopautumisaste saattaa jäädä alhaiseksi. /35, s.97/

8.2.5 Liitossakeus

Taivekartongin paksuussuuntaisiin lujuusominaisuuksiin voidaan vaikuttaa myös kerrosten liitoskuiva-ainepitoisuuksia muuttamalla. Palstautumislujuuden kannalta kerrokset kannattaa liittää toisiinsa mahdollisimman kosteina. Jos liitossakeudet ovat kuitenkin liian alhaisia, saattaa vasta muodostettu kuitumatto rikkoontua ja siten formaatio huonontua. Kartongin kerrosten väliseen liitoslujuuteen voidaan vaikuttaa myös toisiinsa liitettävien kerrosten pintaan sumutettavan veden avulla sen sijaan, että vaikutettaisiin koko kerroksen kuiva-ainetasoon. Tämä on vaikutukseltaan kuitenkin tehottomampi kuin tavallisesti liitospinnoille sumutettava tärkkelys. /30/

Jylkkä /27/ on tutkinut taivekartongin pinta- ja runkokerrosten liitossakeuksien vaikutusta kartongin z-suuntaiseen lujuuteen. Tällöin kerrosten kuiva-ainetasoihin vaikutettiin tasoimulaatikoiden avulla. Hänen mukaan yhteen liitettävien kerrosten kuiva-aineiden tulisi olla lähellä toisiaan, koska Scott Bond-arvot huonontuivat jo prosenttia suuremmilla eroilla. Parhaat tulokset saavutettiin, kun taivekartongin pintakerroksen liitoskuiva-ainepitoisuus oli 11 % ja runkokerroksen 12 %.

Tillin /36/ mukaan taivekartongin pinta- ja selkäkerroksen liitossakeuksien tulisi olla välillä 10-12 % ja runkokerroksen 12-14 %. Jos selkäkerroksen liitossakeus on alle 6 %, huuhtoutuu osa sen sisältämästä hienoaineesta runkokerroksesta poistuvan veden mukana ja kerrosten välinen liitoslujuus heikkenee. Puolestaan jos pintakerroksen liitossakeus on 14 % tai suurempi, on palstautumistasolla taipumus siirtyä kerrosten liitoskohdasta runkokerroksen puolelle.

69 KOKEELLINEN OSA

9 KOKEELLISEN OSAN TARKOITUS

Taivekartongin keskikerroksessa käytettävästä hylystä on ajoittain pulaa, kun koneen ajettavuus jatkuu hyvänä, eikä hylkyä ole saatavilla muilta tehtailta. Joka tapauksessa hylkyä tarvitaan, koska sen avulla varmistetaan rungon riittävä lujuus.

Tästä johtuen hylyn käytön rinnalle alettiin etsiä muita keinoja, jotta rungon lujuus olisi taattu myös silloin, kun hylyn annostelu on tavallista vähäisempää.

Koska hylyn käytöllä tiedettiin olevan myös monia muita vaikutuksia, mutta niitä ei ollut tehtaalla aikaisemmin tutkittu, tehtiin alkuun selvitys hylyn annostelun merkityksestä kartonkikoneen ajettavuuden ja lopputuotteen laadun kannalta. Kun hylkymassan annostelumuutosten merkitys tunnettiin, voitiin tutkia eri tekijöiden vaikutusta kartongin palstautumislujuuteen ja muihin ominaisuuksiin.

Kokeiden muuttujat voitiin valita melko vapaasti, koska tyypillisesti vedenpoistoa vaikeuttavien ja bulkkia pienentävien muuttujien vaikutus tasoittuisi lisääntyneen hiokkeen käytön seurauksena. Ensimmäisenä selvitettiin mahdollisuus vaikuttaa taivekartongin paksuussuuntaiseen lujuuteen olemassa olevaa massakoostumusta hyödyntäen. Koska hiokemassaseoksen jauhatusastetta ei olisi pystytty juurikaan muuttamaan, päädyttiin lisäämään hylyn jauhatusta. Seuraavien koeajojen avulla selvitettiin mäntysellun potentiaali rungon armeerausmassana sekä mahdollisuus tehostaa mäntysellun käyttöä kuivalujalisäaineiden avulla. Viimeisessä koeajossa tutkittiin runkoviiraosan vedenpoiston vaikutusta hienoaineen jakautumiseen ja pidättäytymiseen.

10 INKEROISTEN KARTONKITEHDAS

Teollinen toiminta aloitettiin Inkeroisissa jo vuonna 1872 ja vielä tänäkin päivänä tätä perinnettä jatketaan Inkeroisten kartonkitehtaalla. Kartongin valmistuksella ja siihen kytkeytyvillä monilla muilla toiminnoilla on noin 300 ihmisen työllistävä vaikutus. Nykyinen tuotanto on keskitetty sarjassaan neljännelle kartonkikoneelle (KK4) ja tuotannon aloittaneeseen Suomen ensimmäiseen jatkuvatoimiseen kartonkikoneeseen (KK1) voi edelleen tutustua alkuperäisessä ympäristössään.

70

Kartonkikoneen 4:n on toimittanut Tampella vuonna 1965. Tämän jälkeen konetta on uudistettu useita kertoja, joista viimeisimpänä voidaan mainita vuonna 1990 toteutettu runkoviiraosan modernisointi. Tässä yhteydessä rungon tasoviirarainain muunnettiin hybridiformeriksi asentamalla tasoviiran päälle yläviirayksikkö.

Kartonkikone 4 suunnittelunopeus on 550 m/min, mutta kartongin valmistukselle tyypillisesti nopeus vaihtelee huomattavasti laajan neliömassa-alueen (195-380 g/m²) mukaan. Tämän hetkinen koneen hyötyleveys on 4620 mm. /37/